运用建模思想学习阿伏加德罗定律的初探，本文主要内容关键词为：罗定论文,建模论文,思想论文,伏加德论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
模型是对客观事物原型的特征、本质的一种近似、形象的反映。建模就是认知主体在一定目的指引下，对客观事物或变化过程的本质进行抽象，并以这种加工的模型再现认知客体原型的特征和本质的方法。
化学作为一门以实验为基础的学科，主要通过对实验或其他化学现象在分子、原子层面上的分析、解释和应用，从而使感性的直观世界转变为相对独立的主观世界。在化学建模过程，我们可以遵循“宏观—微观—宏观”的思想模型，即透过宏观化学现象在微观层面上的本质要素提炼，构建新形式的特征模型，并通过模型所能提供的解答来解释宏观的现象。
根据化学学科的特点和化学建模思想，结合人类一般的认识过程和化学知识学习过程，笔者提出化学理论知识的过程模式为：
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依据以往教学经验，初学气体摩尔体积时，学生难免出现忽视气体状态，死搬硬套相关公式。笔者以初步具有“物质的量”知识的高中学生为研究对象，运用建模思想来建构阿伏加德罗定律，具体探究过程如下：
一、创设问题对象的情境阶段
教师首先示出实验装置图，并说明其中放置的试剂与作用。具体说明如下：左边的干燥管里纯净的氧气，用一小滴红墨水将氧气与外界封闭；右边装纯净的氯气（选用氯气作为实验材料，因为氯气有颜色且不与氧气反应），右边用橡皮塞与外界隔离。中间的活塞在实验前应关紧（如图1所示）。
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二、问题与假设阶段
当学生了解实验情境后，教师提问：如果打开活塞，当气体充分混合后，左边玻璃管中的红墨水会如何移动？大部分学生猜想是“红墨水向右移动”；有部分学生说“不清楚”；少数学生说“不移动”，没有学生说“向左移动”的。猜想“向右移动”的理由是分子间有间隙，两种不同的气体混合，体积应减少，并且以初中酒精与水混合其体积缩小的知识为佐证；猜想“不移动”的学生说只是凭直觉，解释时很含糊；另外，有部分同学解释时陷入压强决定体积，体积影响压强的死循环，最后导致说不清。经互相讨论，大部分学生倾向于红墨水“向右移动”的假设。从学生的猜想与假设，可以分析出初入高中的大部分学生对于气体的认知结构不够完善，且倾向于仅从宏观角度分析问题。
三、实验与事实阶段
教师请一个学生将阀门打开，并提示注意观察仪器中气体颜色的变化和红墨水的移动状况。当氯气的黄绿色扩散到整个装置中时，发现红墨水柱没有移动。大部分学生就处于疑惑状态，有点不知所措；部分学生拒绝接受这个结论；部分学生从仪器装置、所用药品等方面找原因。四、解释与模型阶段
教师分析指出仪器装置、所用药品等均不会影响实验结果；再出示图片（如图2所示），引导学生从分子角度对温度和压强进行分析。学生由图示不难得出：当温度和压强一定时，分子间距离是一定的，与分子本身的大小几乎无关。教师继续引导学生从空间角度来考虑，建立如下物质模型：如果把分子抽象成质点的话，当温度和压强一定时，一个分子（质点）占有的空间是一定的。换句话说，在温度和压强相同的情况下，一个分子占有一定大小的立方体的中心位置（如图3所示）。所以，对于微观分子所占的体积来说，忽视非本质要素（分子本身的大小、分子的不断运动引起的混乱等），可以看作是一个个中心具有一个分子的小正方体的积累而成，最终表现出宏观现象。由上述分析，可以建立分子空间位置模型（如图4所示）。
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图2
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图3
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图4
五、运用推论阶段
我们再回到图1所示的实验，让学生自己解释实验结论。至此，我们建构了气体分子数与体积的认知图式：一定温度和压强条件下，相同体积的气体所占的分子数目相等，而与气体本身的大小、气体是否纯净等均无关。我们可以从理论上推导出阿伏加德罗定律的推论——同温同压下，气体的密度之比等于气体的相对分子质量之比。同时，还能从上述的物质模型直观地理解阿伏加德罗定律的推论。这样，学生对于该理论的认知结构更加完善，对于一般学生常感到较棘手的相关问题便可得以解决。
例 （2005年全国高考理科综合第12题）：在273K和101kPa的条件下，将2.00g氦气、 1.40g氮气和1.60g氧气混合，该混合气体的体积是(D)。
A.6.72LB.7.84L
C.10.08L， D.13.44L
在标准状况下，22.4L由
组成的混合气体中所含的N的物质的量约为____ 。
答案：2mol。
从上述对阿伏加德罗定律的建模过程，我们可以看出，只要在教学中仔细观察，精心设计，就可以把一些较为抽象的问题，通过现象除去非本质因素，则可从中构建出最基本的模型，使问题回到已知的知识，并且培养了学生的操作、思维和创新能力。